近日，浙江省農(nóng)科院蠶桑與茶葉研究所桑育種與栽培團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)、浙江農(nóng)林大學(xué)、臺(tái)灣大學(xué)等多家科研單位，在《Plant Biotechnology Journal》（IF=12.4）上發(fā)表了題為“Haplotype-Resolved Genome Assembly and Population Genomics reveal Evolutionary History and Agronomic Traits of Mulberry”的研究論文。該研究成功完成了我國(guó)兩大主栽桑樹(shù)品種‘農(nóng)桑14號(hào)’與‘強(qiáng)桑1號(hào)’的高質(zhì)量單倍型基因組組裝，首次以確鑿的分子證據(jù)揭示了桑樹(shù)的起源與傳播歷史，揭示了控制桑樹(shù)產(chǎn)量、抗病性等關(guān)鍵農(nóng)藝性狀的遺傳密碼，為桑樹(shù)分子育種奠定了里程碑式的基礎(chǔ)。
桑樹(shù)是我國(guó)代表性的重要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種，‘農(nóng)桑14號(hào)’和‘強(qiáng)桑1號(hào)’是浙江省農(nóng)科院選育的優(yōu)良桑樹(shù)大品種，占我國(guó)嫁接桑推廣量的80%以上。本研究首次在桑樹(shù)上利用Trio-binning技術(shù)，通過(guò)對(duì)‘農(nóng)桑14號(hào)’和‘強(qiáng)桑1號(hào)’雜交F1子代（QN52）的深度測(cè)序，成功獲得了雙親的高質(zhì)量單倍型基因組（圖1），為高雜合度木本植物的基因組組裝提供了一套高效且極具性價(jià)比的新方案。
圖1 ‘農(nóng)桑14號(hào)’和‘強(qiáng)桑1號(hào)’的基因組及系統(tǒng)進(jìn)化信息
桑樹(shù)的起源在學(xué)界長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議。為破解這一謎題，本研究對(duì)來(lái)自全球12個(gè)國(guó)家的376份桑樹(shù)種質(zhì)資源進(jìn)行了系統(tǒng)分析，其中包括39株具有數(shù)百乃至上千年樹(shù)齡的珍貴古桑樹(shù)。研究結(jié)果系統(tǒng)解析了桑樹(shù)起源、擴(kuò)散軌跡及南北群體遺傳分化規(guī)律，通過(guò)分子證據(jù)明確了云貴高原為桑樹(shù)起源中心。研究進(jìn)一步揭示，桑樹(shù)從起源地出發(fā)，主要沿著"由南向北"的路線在中國(guó)境內(nèi)擴(kuò)散，這一遷徙過(guò)程導(dǎo)致了顯著的南北種群遺傳分化。值得關(guān)注的是，南方種群表現(xiàn)出更高的遺傳多樣性，這一發(fā)現(xiàn)為云貴高原作為桑樹(shù)起源中心提供了有力佐證（圖2、圖3）。
圖2 桑樹(shù)群體結(jié)構(gòu)
圖3 桑樹(shù)歷史演化軌跡
目前，桑樹(shù)性狀的遺傳解析多局限于少數(shù)類型，缺乏大規(guī)模系統(tǒng)性研究，嚴(yán)重制約了桑樹(shù)分子育種的進(jìn)程。為突破這一瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)調(diào)查了37個(gè)與桑樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育及抗性相關(guān)的重要農(nóng)藝性狀，通過(guò)GWAS分析鑒定到了204個(gè)關(guān)鍵位點(diǎn)，并對(duì)莖節(jié)長(zhǎng)度、株高、發(fā)芽時(shí)間、葉片大小、葉片厚度等關(guān)鍵生產(chǎn)性狀進(jìn)行單倍型解析，精準(zhǔn)鑒定調(diào)控性狀的相關(guān)基因，為桑樹(shù)分子設(shè)計(jì)育種奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
圖4 桑樹(shù)37個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育性狀GWAS分析
桑疫病是近年來(lái)危害桑產(chǎn)業(yè)的主要細(xì)菌性病害，對(duì)產(chǎn)業(yè)造成了極大經(jīng)濟(jì)損失。為解析桑樹(shù)的桑疫病抗性機(jī)制，團(tuán)隊(duì)歷時(shí)五年構(gòu)建了強(qiáng)抗病品種‘農(nóng)桑14號(hào)’與易感病品種‘強(qiáng)桑1號(hào)’的子代分離群體，對(duì)子代538個(gè)群體進(jìn)行連續(xù)3年的抗病性調(diào)查，通過(guò)BSA+GWAS策略，首次發(fā)現(xiàn)位于1號(hào)染色體的G-type RLK串聯(lián)超級(jí)基因簇在桑樹(shù)疫病抗性中的關(guān)鍵作用，揭示了桑樹(shù)抗病性的核心遺傳基礎(chǔ)，為桑樹(shù)抗病分子育種提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)與理論依據(jù)（圖5）。
圖5 GWAS和BSA分析解析桑疫病抗病機(jī)制
浙江省農(nóng)科院蠶桑與茶葉研究所魏佳研究員、呂志強(qiáng)研究員、臺(tái)灣大學(xué)林盈仲教授和浙江農(nóng)林大學(xué)孫學(xué)鵬教授為本文通訊作者，蠶桑與茶葉研究所王志鳳副研究員、劉培剛助理研究員、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院焦成智教授和天津極智生物科技有限公司張亞州為本文第一作者。感謝東北林業(yè)大學(xué)姜立泉教授和浙江農(nóng)林大學(xué)張守科副教授對(duì)本研究的貢獻(xiàn)。本研究得到了浙江省蠶桑新品種選育重大科技專項(xiàng)、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、浙江省自然科學(xué)基金和新疆自治區(qū)重大科技專項(xiàng)等項(xiàng)目資助。
論文鏈接： http://doi.org/10.1111/pbi.70473
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